引滦入塘工程高庄户泵站供电系统改造设计

王丽丽，李 鹏

（1.天津市水利勘测设计院，天津 河西 300204；2.天津市南港工业区开发有限公司，天津 南港工业区 100049）

0 引言

1 泵站原状及存在问题

1.1 高庄户变电站

1.1.1 供电电源及电气主接线

高庄户泵站设有35 kV 户外专用变电站1 座，变电站装设2 台SJ-1 000 kVA，35/6 kV 主变压器，35 kV 配电装置及变压器布置在室外，6 kV 高压配电装置布置在室内。 原设计变电站采用单电源供电，35 kV 进线采用隔离开关进行操作，主变操作保护采用跌开式熔断器。 变电站未设继电保护。 原运行管理单位已将单电源供电改为双电源供电，分别由（隋庄子~尔王庄）隋尔线T 接引来1 回35 kV 架空线路和由孙尔线（孙庄子~尔王庄）T 接经电缆引来另1 回电源。 两回电源，一回投入，另一回备用。 变电站继电保护均就地装在高压柜上， 主变设速断、过流保护。

1.1.2 高庄户35 kV 户外变电站存在问题

户外35 kV 变电站功能不够完善，主要存在以下问题：（1）LW16-35/1600 型六氟化硫断路器经常出现误动和拒动现象。 （2）分段高压负荷开关和GW5-35/600 型隔离开关已严重锈蚀和损坏， 机构操作困难。 （3）主变压器、站变压器、35 kV 开关均属于淘汰产品，很难购买备件，严重影响安全运行。

1.2 入开、入汉35 kV 变电站运行现状

入开、入汉泵站变电站装设2 台S7-1000 kVA，35±2×2.5%/6.3kV 主变压器。 在35 kV 和6 kV 侧分别装设1 台S7-100 kVA，35±5%/0.4 kV 和1 台S7-200 kVA，6±5%/0.4 kV 站用变压器。35 kV 专用室内变电站采用双电源供电，分别由隋尔线T 接和孙尔线T 接引来两回35 kV 架空线路， 两回电源互为备用。 35 kV 和6 kV 侧均采用单母线分段接线方式。35 kV 配电装置由两组进线隔离开关和11 面GBC-35 型成套开关柜组成。 6 kV 配电装置由10 面XGN1-10Z 型固定式金属封闭开关柜组成。

自1997 年35 kV 变电站投入运行以来，其运行方式为：在正常情况下，隋尔线和孙尔线两回35 kV电源的两台主变同时投入运行，35 kV 母联断路器和6 kV 母联断路器解列运行， 两段母线均分段运行。 其中1#主变为入汉泵站供电，2#主变为入开泵站供电。当一台主变检修或产生故障时，另一台主变能担负入开、入汉泵站主要用电负荷。

3)基于不同条件作用下岩石蠕变试验曲线特性，采用拟合、类比的方法，将屈服函数表示为与孔隙水压pw和时间t有关联的函数，来改进传统西原蠕变模型能较好反映岩石加速蠕变的蠕变特性。

2 变电站更新改造设计

2.1 改造后变电站用电负荷统计

引滦入开、入汉和高庄户泵站电机参数如表1所示。 在最大供水规模时，各泵站总用电负荷如表2所示。

表1 电机参数统计表Table 1 Motor parameter statistics

表2 引滦入开、入汉和高庄户泵站负荷统计表Table 2 Pumping station load statistics of three different plans

2.2 35kV 变电站改造设计方案

2.2.1 泵站供电负荷等级

为确保入开、 入汉和高庄泵站连续不断地向开发区、汉沽区和塘沽区供水，根据《供配电系统设计规范》（GB50052-95） 中确定的负荷分级原则，3 座泵站供电等级按二级负荷考虑，仍采用双电源供电。

2.2.2 供电方案比选

本次工程共提出3 套设计方案：（1）对高庄户泵站本身进行改造，废除原有室外变电站，重新增加一座35 kV 室内变电站。（2）废除高庄户35 kV 户外变电站，改由入开、入汉泵站35 kV 变电站供电。 按照现有负荷对引滦入开、 入汉泵站35 kV 变电站进行增容改造，两回电源同时运行，变压器容量按暗备用要求进行选择。 （3） 废除高庄户35 kV 户外变电站，改由入开、入汉泵站35 kV 变电站供电。 按照现有负荷对引滦入开、 入汉泵站35 kV 变电站进行增容改造，两回电源中一回运行，变压器容量按明备用进行选择。在这3 套方案中，方案1 是在原有两回供电电源的基础上设计的， 无需增容， 重建一座室内35 kV 变电站，保证了供电的可靠性。 但是由于原高庄户泵站现有副厂房没有适合的房间用做35 kV 高压配电室，所以还需新建1 座35 kV 高压配电室，并且仍需配备专业的管理人员。 这套方案与方案2、3相比， 初期投资相当， 但增加了管理单位的管理任务，增加了泵站的运行维护费用。方案2 是对引滦入开、入汉泵站35 kV 变电站进行增容改造，将2 台变压器增至3 000 kVA，两回电源同时供电，能够满足现有负荷的要求。它与方案1 相比，管理单位可以对3 座泵站进行统一管理， 减少运行管理人员的配额， 提高了运行管理人员的工作效率； 与方案3 相比，变压器较小，增容费用少，节约了一定的初期投资。方案3 是对引滦入开、入汉泵站35kV 变电站进行增容改造，将2 台变压器增至5000kVA，两回电源中一回电源供电，在保证变压器经济运行的同时，也能满足现有负荷的要求。它与方案1 相比，同样可以减少管理单位的管理任务，提高运行管理人员的工作效率；与方案2 相比，变压器大，增容费用相对较高，初期投资大，但变电站的适应性大大增强，为将来泵站的增容提供了足够的余量。

根据天津市的远景规划，各地的需水量不断增加，尤其是开发区发展迅速，需水量迅速增加。 结合国家提倡节能减排的精神，为了避免二次增容改造，经与业主的沟通，采用方案3，即将3 座泵站的两个院区合二为一，废除高庄户35 kV 户外变电站，改由引滦入开、 入汉泵站35 kV 变电站为高庄户泵站供电。

2.2.3 主变压器容量确定

主变压器容量的计算式为[1]

式中：S 为主变压器容量，kVA；P1为电动机额定功率，kW；P2为照明等用电总负荷，kW；η 为电动机效率；cosφ 为电动机功率因数；K2为照明用电的同时使用系数；K1为电动机负荷系数，为水泵轴功率，kW；K3为修正系数。

引 滦 入 开 发 区 泵 站，P1＝450 kW，η ＝0.942，cosφ＝0.86，K1＝1。 经计算，其主变压器容量

引滦入汉沽泵站，P1＝450 kW，η＝0.930，cosφ＝0.82，K1＝1。 经计算，其主变压器容量为

高 庄 户 泵 站，P1＝400kW，η ＝0.937，cosφ ＝0.80，K1＝1。 经计算，其主变压器容量为

变电站照明用电总负荷P2=200 kW，K2=0.8，照明用电容量S4=S·K2=200×0.8＝160 kVA。 所以，变电站总负荷S=S1+S2+S3+S4=1 383+980+1 835+160=4 358（kVA）。

考虑开发区、汉沽区和塘沽区供水的连续性和重要性，2 台变压器容量按明备用考虑计算。当一回线路、一台变压器以及一侧配电装置检修或出现故障时， 另一台变压器应能担负3 座泵站的主要负荷。 再适当考虑3 座泵站今后的发展需要，两台主变单台容量确定为5 000 kVA，即原两台1 000 kVA主变均增至5 000 kVA。 本次改造工程实施后，35 kV专用变电站可确保安全可靠地为入开、入汉和入塘3 座泵站供电， 进一步提高了3 座泵站供变电系统供电的可靠性。

2.3 变电站设备改造

2.3.1 变电站35 kV 配电装置改造

引滦入开、入汉变电站35 kV 配电装置由11 面GBC-35 型手车式开关柜构成， 当2 台1 000 kVA主变压器增容为5 000 kVA 时， 对与其相关的进线、母线联接柜内的计量、测量、保护用电流互感器及真空断路器等配电装置，按更新后的电流条件进行了更新改造。 将变电站原仪表、控制保护装置拆除，改装为技术先进，可靠性高的微机综合保护系统。

2.3.2 变电站6 kV 配电装置改造

变电站6 kV 配电装置由10 面XGNZ1-10Z 型固定式金属封闭开关柜构成。 本次变电站改造，需为高庄户泵站增设两回供电电源，为入汉泵站增加一回供电电源， 所以变电站6 kV 高压配电柜由原10 面增至13 面。 根据更新后的变压器低压侧的额定电流，对变电站6 kV 进线及母线联接柜内的电流互感器和真空断路器进行了改造更新。

2.3.3 35 kV 变电站继电保护

35 kV 变电站拆除了原来传统的继电器保护，采用了技术先进、 保护可靠的微机型差动保护装置。 该系统集保护、遥测、遥控、遥信等功能于一体，具备对各种运行参数及故障数据进行遥测、对设备的开关状态进行远方遥信的功能，可实现计算机监控[2～3]。

（1）主变压器保护。 变电站主变压器继电保护选用微机型差动保护装置和高、 低压后备保护测控装置及非电量保护。 两台主变压器均设置纵联差动保护作为主保护，高、低压侧均设置复合电压闭锁过电流保护和过负荷保护，作为后备保护。 纵联差动、过流保护均动作于跳闸，过负荷保护动作于跳闸或信号，重瓦斯动作于跳闸，轻瓦斯动作于信号，温度保护动作于信号。

主变高、 低压侧后备保护测控装置测控的遥测量主要有：IA、IC、cosφ、P、Q 和有功电度、 无功电度及脉冲电度。 遥信量主要有遥信开入、装置变位遥信及事故遥信，并做事件顺序记录。

（2）新增2 回至高庄户泵站及1 回入汉泵站6 kV出线，设置速断、过流和过负荷保护。

（3）35kV 进线设置互投装置，分段设置自投装置。 6 kV 分段设置自投装置。

3 结论

经改造后，3 座泵站全部由入开、 入汉泵站35 kV室内变电站供电，便于统一运行管理，大大减少运行维护工作量，减少了运行维护人员，提高了工作效率，节省了泵站的运行维护费用。 原继电保护更换为现代的微机型差动保护装置，提高了泵站的现代化程度， 进一步提高了高庄户泵站供电的可靠性。 另外，本次入开、入汉泵站35 kV 室内变电站主变压器增容后， 在满足了高庄户泵站供电基础上，又解决了入开、入汉泵站由于供水规模增加导致用电负荷的增加问题，从而减少了重复投资。

[1] GB/T 50265-97，泵站设计规范[S].

[2] 许玉忠. 主变微机差动保护在乌鲁瓦提水电厂的应用[J].新疆水利，2008（5）：33-34.

[3]罗艳娟. 我国微机型变压器保护及其发展[J].大众用电，2003（11）：19-20.